物理人教版選修3-3課件第七章4溫度和溫標(biāo)

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溫度和溫標(biāo)課標(biāo)闡釋思維脈絡(luò)1.知道什么是狀態(tài)參量,什么是平衡態(tài)。2.理解熱平衡的概念及熱平衡定律,體會(huì)生活中的熱平衡現(xiàn)象。3.理解溫度的意義,掌握溫度的定義,了解熱力學(xué)溫度的應(yīng)用。4.知道常見(jiàn)溫度計(jì)的構(gòu)造,會(huì)使用常見(jiàn)的溫度計(jì);知道什么是溫標(biāo),理解攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)1.熱力學(xué)系統(tǒng):由大量分子組成的一個(gè)研究對(duì)象,在熱學(xué)中就叫做一個(gè)熱學(xué)系統(tǒng),簡(jiǎn)稱系統(tǒng)。2.外界:系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體統(tǒng)稱外界。3.狀態(tài)參量:在熱學(xué)中,為確定系統(tǒng)的狀態(tài)所需要的物理量叫做系統(tǒng)的狀態(tài)參量。常用的狀態(tài)參量有:幾何參量體積V、力學(xué)參量壓強(qiáng)p、熱學(xué)參量溫度T。4.平衡態(tài):在沒(méi)有外界影響的情況下,無(wú)論其初始狀態(tài)如何,只要經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間,系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量能夠達(dá)到穩(wěn)定,這種情況就叫做系統(tǒng)達(dá)到平衡態(tài)。必備知識(shí)

二、熱平衡與溫度1.熱平衡:兩個(gè)相互接觸的熱力學(xué)系統(tǒng),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后,這兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)參量都不再變化,我們說(shuō)這兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡。達(dá)到熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)具有相同的溫度。2.熱平衡定律:如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡,那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必然處于熱平衡,這個(gè)結(jié)論稱為熱平衡定律,它又叫熱力學(xué)第零定律。三、溫度計(jì)與溫標(biāo)1.溫度計(jì):選擇一種測(cè)量物質(zhì),根據(jù)這種物質(zhì)隨溫度變化而變化的某個(gè)特性來(lái)制造溫度計(jì)。2.常見(jiàn)溫度計(jì)的測(cè)溫原理3.溫標(biāo)(1)定義:定量描述溫度的方法稱為溫標(biāo)。(2)兩種溫標(biāo)。①攝氏溫標(biāo):一種常用的表示溫度的方法,這種溫標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為0

℃,水的沸點(diǎn)為100

℃。在0℃和100℃之間均勻分成100等份,每份算作1℃。②熱力學(xué)溫標(biāo):現(xiàn)代科學(xué)中常用的表示溫度的方法,這種溫標(biāo)規(guī)定攝氏溫度的-273.15

℃為零值。(3)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度。①攝氏溫度:用攝氏溫標(biāo)表示的溫度,用符號(hào)t表示,單位是攝氏度,用符號(hào)℃表示。②熱力學(xué)溫度:用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度,它是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一,用符號(hào)T表示,單位是開(kāi)爾文,簡(jiǎn)稱開(kāi),符號(hào)為K。

③換算關(guān)系:T=t+273.15K。

自我檢測(cè)1.判斷正誤,對(duì)的畫(huà)“√”,錯(cuò)的畫(huà)“×”。(1)攝氏溫度和熱力學(xué)溫度的最低溫度都是零度。(

)解析:攝氏溫度可以取負(fù)值,不是從零開(kāi)始的。答案:×(2)0℃的溫度可以用熱力學(xué)溫度粗略表示為273K。(

)解析:由T=t+273

K知,當(dāng)t=0

℃時(shí),T=273

K。答案:√(3)溫度升高了10℃也就是升高了10K。(

)解析:攝氏溫度變化1

℃與熱力學(xué)溫度變化1

K是相等的。答案:√2.探究討論。(1)描述熱力學(xué)系統(tǒng)的主要參量有哪些?答案:主要有體積、壓強(qiáng)和溫度三個(gè)參量。(2)攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)有什么區(qū)別和聯(lián)系?答案:攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)是表示溫度的不同方法,最大區(qū)別是規(guī)定的零點(diǎn)不同。(3)兩個(gè)相互接觸的物體經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間一定能夠達(dá)到熱平衡嗎?答案:不一定,如果一個(gè)物體的溫度持續(xù)升高,兩個(gè)物體之間總存在一個(gè)溫度差,此時(shí)就不是熱平衡狀態(tài)。(4)一根長(zhǎng)鐵絲一端插入100℃的沸水中,另一端放入0℃的恒溫源中,經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間,溫度隨鐵絲有一定的分布,而且不隨時(shí)間變化,這種狀態(tài)是否為平衡態(tài)?答案:這種狀態(tài)不是平衡態(tài),只是一種穩(wěn)定狀態(tài),因?yàn)殍F絲存在外在因素的影響。探究一探究二平衡態(tài)與熱平衡問(wèn)題探究刀劍淬火是制作刀劍的重要過(guò)程,如圖所示,是刀劍剛?cè)胨慊鸬乃查g,在這一瞬間,刀劍和水組成的系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)?經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)?達(dá)到熱平衡狀態(tài)的標(biāo)志是什么?要點(diǎn)提示淬火瞬間由于一部分刀劍在水的外部,一部分處于水的內(nèi)部,溫度不相同,沒(méi)有達(dá)到熱平衡狀態(tài);當(dāng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,它們的溫度相等,達(dá)到了熱平衡狀態(tài),達(dá)到熱平衡狀態(tài)的標(biāo)志是溫度相等。名師精講1.對(duì)平衡態(tài)的理解(1)熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種動(dòng)態(tài)平衡,組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),只是分子運(yùn)動(dòng)的平均效果不隨時(shí)間變化,表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化,而力學(xué)中的平衡態(tài)是指物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(2)平衡態(tài)是一種理想情況,因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)完全不受外界影響是不可能的。系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí),仍可能發(fā)生偏離平衡態(tài)的微小變化。(3)兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡后再把它們分開(kāi),如果分開(kāi)后它們都不受外界影響,再把它們重新接觸,它們的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生新的變化。因此,熱平衡概念也適用于兩個(gè)原來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)作用的系統(tǒng)。因此可以說(shuō),只要兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化,我們就說(shuō)這兩個(gè)系統(tǒng)原來(lái)是處于熱平衡的。探究一探究二探究一探究二2.對(duì)熱平衡的理解(1)相互接觸的兩個(gè)系統(tǒng),各自的狀態(tài)參量將會(huì)相互影響而分別改變,最后,兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)參量將不再變化,我們就說(shuō)兩系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡。(2)一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度,所以兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡的標(biāo)志是系統(tǒng)具有相同的溫度。(3)如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡,那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡。探究一探究二3.平衡態(tài)與熱平衡概念的區(qū)別(1)平衡態(tài)不是熱平衡,平衡態(tài)是對(duì)某一系統(tǒng)而言的,熱平衡是對(duì)兩個(gè)接觸的系統(tǒng)而言的。(2)分別處于平衡態(tài)的兩個(gè)系統(tǒng)在相互接觸時(shí),它們的狀態(tài)可能會(huì)發(fā)生變化,直到溫度相同時(shí),兩系統(tǒng)便達(dá)到了熱平衡。達(dá)到熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)都處于平衡態(tài)。典例剖析【例題1】如果一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài),那么這個(gè)系統(tǒng)各處的(

)A.溫度、壓強(qiáng)、體積都必須達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)不再變化B.溫度一定達(dá)到了某一穩(wěn)定值,但壓強(qiáng)和體積仍是可以變化的C.溫度一定達(dá)到了某一穩(wěn)定值,并且分子不再運(yùn)動(dòng),達(dá)到了“凝固”狀態(tài)D.溫度、壓強(qiáng)穩(wěn)定,但體積仍可變化【思考問(wèn)題】

平衡態(tài)的標(biāo)志是什么?提示各狀態(tài)參量不再發(fā)生變化。解析:如果一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài),系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量如溫度、壓強(qiáng)和體積等不再隨時(shí)間發(fā)生變化。溫度達(dá)到穩(wěn)定值,分子仍然是運(yùn)動(dòng)的,不可能達(dá)到所謂的“凝固”狀態(tài)。答案:A探究一探究二探究一探究二

處理平衡態(tài)問(wèn)題的注意事項(xiàng)(1)平衡態(tài)指的是一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部達(dá)到的一種平衡。(2)必須要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)一段時(shí)間,直到系統(tǒng)內(nèi)所有狀態(tài)參量都不隨時(shí)間變化為止。(3)系統(tǒng)與外界沒(méi)有能量的交換。探究一探究二變式訓(xùn)練1(多選)下列狀態(tài)中處于平衡態(tài)的是

(

)A.將一金屬塊放在沸水中加熱足夠長(zhǎng)的時(shí)間B.冰水混合物處在0℃環(huán)境中C.突然被壓縮的氣體D.開(kāi)空調(diào)2分鐘內(nèi)教室中的氣體解析:系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí),其狀態(tài)參量穩(wěn)定不變。金屬塊放在沸水中加熱足夠長(zhǎng)的時(shí)間,冰水混合物在0

℃環(huán)境中,其溫度、壓強(qiáng)、體積都不再變化,是平衡態(tài),故A、B對(duì);突然被壓縮的氣體溫度升高,壓強(qiáng)變大,故其不是平衡態(tài),C錯(cuò);開(kāi)空調(diào)2分鐘內(nèi)教室中的氣體溫度、體積均要變化,故其不是平衡態(tài),D錯(cuò)。答案:AB探究一探究二溫度計(jì)與溫標(biāo)問(wèn)題探究溫度計(jì)能夠用來(lái)測(cè)量溫度的基本原理是什么?要點(diǎn)提示熱平衡定律。例如,溫度計(jì)跟物體A處于熱平衡,它同時(shí)也跟物體B達(dá)到熱平衡,那么A的溫度與B的溫度相等。溫度計(jì)與待測(cè)物體達(dá)到熱平衡時(shí),二者溫度相同。名師精講1.“溫度”含義的兩種說(shuō)法(1)溫度表示物體的冷熱程度,這樣的定義帶有主觀性,因?yàn)槔錈崾怯扇梭w的感覺(jué)器官比較得到的,往往是不準(zhǔn)確的。(2)溫度的嚴(yán)格定義是建立在熱平衡定律基礎(chǔ)上的。熱平衡定律指出,兩個(gè)物體相互處于熱平衡時(shí),存在一個(gè)數(shù)值相等的態(tài)函數(shù),這個(gè)態(tài)函數(shù)就是溫度,這樣的定義更具有科學(xué)性。2.對(duì)溫標(biāo)的理解(1)溫標(biāo):如果要定量地描述“溫度”,就必須有一套方法,這套方法就是溫標(biāo)。(2)攝氏溫標(biāo)。規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度為0℃,沸水的溫度為100℃,在0℃和100℃之間分成100等份,每一等份就是1℃,這種表示溫度的方法就是攝氏溫標(biāo),表示的溫度叫做攝氏溫度(t)。探究一探究二探究一探究二(3)熱力學(xué)溫標(biāo)。規(guī)定攝氏溫度的-273.15℃為零值,它的1度也等于攝氏溫度的1度,這種表示溫度的方法就是開(kāi)爾文溫標(biāo),也叫熱力學(xué)溫標(biāo)。表示的溫度叫熱力學(xué)溫度(T),單位為開(kāi)爾文,簡(jiǎn)稱開(kāi)(K)。熱力學(xué)溫標(biāo)的零度(0K)是低溫的極限,永遠(yuǎn)達(dá)不到。熱力學(xué)溫度是國(guó)際單位制的七個(gè)基本物理量之一。1960年,國(guó)際計(jì)量大會(huì)確定了攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)的關(guān)系:攝氏溫標(biāo)由熱力學(xué)溫標(biāo)導(dǎo)出,攝氏溫標(biāo)所確定的溫度用t表示,它與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系是T=t+273.15K。探究一探究二(4)溫度的兩種數(shù)值表示法:攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)。

探究一探究二典例剖析【例題2】

(多選)關(guān)于熱力學(xué)溫度和攝氏溫度,以下說(shuō)法正確的是(

)A.熱力學(xué)溫度的單位“K”是國(guó)際單位制中的基本單位之一B.溫度升高了1℃就是升高了1KC.物體的溫度由本身決定,數(shù)值與所選溫標(biāo)無(wú)關(guān)D.0℃的溫度可用熱力學(xué)溫度粗略地表示為273K解析:熱力學(xué)溫度是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一,其單位為基本單位,選項(xiàng)A正確;用攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)表示同一物體的溫度數(shù)值不同,粗略計(jì)算時(shí)有T=t+273

K,可知選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確;兩種溫標(biāo)每變化一度的大小相同,選項(xiàng)B正確。答案:ABD探究一探究二

攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)(1)攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)的零點(diǎn)不同。(2)就一個(gè)分度而言,1

℃和1

K相等,即ΔT=Δt。探究一探究二變式訓(xùn)練2下圖是四種測(cè)液體溫度的方法,其中正確的是(

)解析:用溫度計(jì)測(cè)量液體溫度時(shí),溫度計(jì)必須置于液體中,而且不能與器壁接觸,只有D正確。答案:D12341.

(多選)在熱學(xué)中,要描述一定氣體的宏觀狀態(tài),需要確定下列哪些物理量(

)A.每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率B.壓強(qiáng)C.體積D.溫度解析:描述系統(tǒng)的宏觀狀態(tài),其參量是宏觀量,每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率是微觀量,不是氣體的宏觀狀態(tài)參量。氣體的壓強(qiáng)、體積、溫度分別是從力學(xué)、幾何、熱學(xué)三個(gè)角度對(duì)氣體的性質(zhì)進(jìn)行的宏觀描述,是確定氣體宏觀狀態(tài)的三個(gè)狀態(tài)參量。顯然選項(xiàng)B、C、D正確。答案:BCD12342.

關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡,下列說(shuō)法正確的是(

)A.只要溫度不變且處處相等,系統(tǒng)就一定處于平衡態(tài)B.兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化,這兩個(gè)系統(tǒng)原來(lái)的溫度是相等的C.熱平衡就是平衡態(tài)D.處于熱平衡的幾個(gè)系統(tǒng)的壓強(qiáng)一定相等解析:一般來(lái)說(shuō),描述系統(tǒng)的狀態(tài)參量不止一個(gè),根據(jù)平衡態(tài)的定義要所有性質(zhì)都不變化才行,可以確定A項(xiàng)錯(cuò)誤。根據(jù)熱平衡的定義:處于熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)溫度相同,可知B項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤。平衡態(tài)是針對(duì)某一系統(tǒng)而言的,熱平衡是兩個(gè)系統(tǒng)相互影響的最終結(jié)果,可見(jiàn)C項(xiàng)錯(cuò)誤。答案:B12343.(多選)下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說(shuō)法中,正確的是(

)A.-136℃比136K溫度高B.0℃等于273.15KC.1℃就是1KD.升高1℃就是升高274.15K解析:根據(jù)T=t+273.15

K可知-136

℃等于137.15

K,0

℃等于273.15

K,選項(xiàng)A、B正確;由ΔT=Δt判斷選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。答案:AB12344.(多選)下列有關(guān)溫度的說(shuō)法正確的是(